[發明專利]用于制造CMC組件的方法

在審

• 申請號: 201980014331.1
• 申請日: 2019-02-11
• 公開（公告）號: CN111801305A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 阿爾貝托·奧爾托納;阿爾貝特·馬里亞·沃杰爾邁爾;喬瓦尼·比安希;馬丁·扎科夫斯基
• 申請（專利權）人: 塞皮泰克基金會
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/626;C04B35/628
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;蘇虹

提出了用于制造CMC組件(6)的方法，所述方法至少包括以下步驟：使由纖維(15)增強熱塑性材料(14)制成的生坯(1、10)熱解(2)；和通過液態碳化物形成物質(31)對經熱解的生坯進行浸潤(4)。生坯(1、10)的纖維(15)被布置成一條或數條股線(16)，這些股線(16)各自具有主延伸方向。每條股線(16)的纖維(15)的長度大于生坯(1、10)沿該股線(16)的主延伸方向的總長度(L)。

技術領域

本發明涉及一種用于制造陶瓷基復合材料(ceramic matrix composite，CMC)組件的方法以及根據這種方法制造的CMC組件。CMC材料由包埋在陶瓷基體中的纖維組成，并且可用于各種技術領域，特別地用于醫療技術、航空航天和電站開發。

背景技術

纖維增強陶瓷材料，也稱為陶瓷基復合材料(CMC)材料，被用于各種應用和技術領域。CMC材料將陶瓷材料的優點與纖維在機械或熱機械負荷方面的耐性相結合，從而創造出具有新的優異特性的材料。通過纖維來增強陶瓷材料的主要目的是為了為否則為脆性的陶瓷材料提供結構魯棒性(robustness)。CMC材料具有獨特的特性，例如高溫穩定性、高耐熱沖擊性、高硬度、高耐蝕性、輕質性和多功能性，提供了獨特的工程解決方案。這些特征的結合使得陶瓷基復合材料成為傳統加工工業材料(例如超級合金和難熔金屬)的有吸引力的替代品。

存在數種不同的方法來制造CMC材料。一種常用的方法是使含纖維的聚合物熱解。然后用液態硅對熱解之后獲得的高孔隙度基體進行浸潤，以反應生成碳化硅。

在DE 199 57 906中，公開了纖維增強復合材料制品的制造，其中使纖維增強塑料材料熱解。

DE 10 2014 200 510公開了用于制造陶瓷復合材料的方法，其中將纖維增強熱塑性材料以顆粒形式注塑成型以形成生坯，隨后使其熱解并轉化為最終CMC組件。由于纖維增強熱塑性材料的顆粒形式，使用該方法僅可以實現最終產品的有限的結構魯棒性。

DE 101 64 231提出了由通過短纖維增強的陶瓷材料制造制動盤和離合器片。將導電的纖維增強塊(mass)填充到壓模中，隨后在壓力下硬化為生坯。然后使生坯碳化并用液態金屬進行浸潤。

EP 1 340 733公開了用于制造具有單向排列的增強纖維的陶瓷復合材料的方法。在該方法中，首先用犧牲聚合物包裹增強纖維，然后通過添加粘合劑樹脂進行處理，之后使其碳化。由于犧牲聚合物的使用，可以避免平行纖維的彼此收縮。然后用液態硅對這種經碳化組件的孔進行浸潤。由于纖維的單向布置，用該方法僅可以對具有比較簡單的具有平坦表面的三維結構的組件實現高的結構魯棒性。

Reichert,F.，A.M.Pérez-Mas，D.Barreda，C.Blanco，R.Santamaria，C.Kuttner，A.Fery，N.Langhof和W.Krenkel在Journal of the European Ceramic Society,2017.37(2):第523-529頁中的標題為Influence of the carbonization temperature on themechanical properties of thermoplastic polymer derived C/C-SiC composites的文章研究了碳化溫度對熱塑性聚合物衍生的C/C-SiC復合材料的機械特性的影響。它進一步公開了在碳化之后用液態硅對復合材料進行浸潤。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種用于制造CMC組件的方法，所述CMC組件可以具有比較復雜的三維結構和/或表面，但是仍然具有高的結構魯棒性。

該目的通過如權利要求1所述的方法得以解決。在從屬權利要求2至12中提供了所述方法的另一些實施方案。在權利要求13中要求保護的是根據這種方法制造的CMC組件，以及在從屬權利要求14和15中提供了該CMC組件的另一些實施方案。